Indicateurs de santé des systèmes biologiques dans le traitement des eaux usées : concept de performance biologique (BE) par rapport au taux de dégradation biologique (BMR).
Taux de dégradation biologique de la matière organique (B.D.R.)
Définition
Le TDB est la vitesse à laquelle la biomasse consomme et élimine la matière organique soluble biodégradable dans le réacteur biologique.
Concept clé de la DCO
La DCO peut pénétrer dans un système biologique sous forme de DCO en suspension ou de DCO dissoute. La DCO soluble se subdivise en DCO biologiquement dégradable et en DCO récalcitrante ou difficilement biodégradable. Le rendement doit être calculé sur la base de la DCO soluble, mais il est nécessaire de connaître la nature biodégradable de la DCO dans le système pour interpréter correctement les analyses.
Le B.D.T. comme indicateur de la santé du système biologique
Rendement biologique (B.Y.)
Définition
Le rendement biologique est la quantité de biomasse (boue) générée par le processus biologique pour chaque unité de matière organique éliminée. En d’autres termes, il définit le taux de conversion de la matière organique en biomasse.
La performance biologique comme indicateur de santé
Un système sain, avec un bon équilibre nutritionnel et un écosystème bien structuré, aura des rendements élevés.
- Rendement biologique normal (en bonne santé) : 0,4 – 0,6
- Système stressé, ancien ou inhibé : < 0,3
Facteurs affectant les indicateurs de santé des réacteurs biologiques (B.D.T. et B.R.)
Facteurs opérationnels
- Oxygène dissous
- Température
- Ajustement des nutriments
- pH et alcalinité
- Stratégie de mélange / type de réacteur
- Rapport F/M
Facteurs spécifiques à l'eau
- Fraction biodégradable soluble
- Nature de l’industrie
- Composés inhibiteurs
- Rapport C/N
- L’âge de la boue
Déminéralisation du traitement primaire : concept
Un traitement primaire typique comprend
- Coagulation
- Correction du pH
- Floculation
La déminéralisation du traitement primaire consiste à éliminer l’apport d’éléments d’origine minérale, en particulier lorsque des sels métalliques traditionnels sont utilisés :
- Chlorure de poly-aluminium (PAC)
- Sulfate d’alumine
- Chlorure de fer
La déminéralisation consiste à remplacer ces sels par des coagulants organiques plus durables.
Elle comprend également la réduction ou l’élimination de l’utilisation d’alcalinisants tels que la soude ou le CaO.
Effets de la déminéralisation du traitement primaire sur les indicateurs de santé
Niveau opérationnel
Réduction du TDS
Chlorures / Sulfates
L’élimination des coagulants métalliques réduit considérablement les risques :
- Chlorures (très corrosifs → risque de piqûres)
- Sulfates
Cela améliore l’aptitude de l’eau à être utilisée :
- Réutilisation industrielle
- Utilisation agricole
Si l’eau passe par des membranes, l’absence de Fe/Al réduit considérablement les coûts d’exploitation.
Qualité des boues
- Teneur en Al/Fe : Bien qu’il n’existe pas de réglementation spécifique, des concentrations élevées peuvent endommager les cultures sensibles.
- Conductivité électrique (CE) :
- EC < 2 dS/m → convient à la plupart des cultures
- 2-4 dS/m → risque pour les cultures sensibles
- 4 dS/m → risque élevé de salinisation
Autres avantages
- Augmentation du potentiel de biométhanisation
- Teneur plus élevée en matière organique → meilleure pour le compost ou l’utilisation agricole
Niveau biologique
Toxicités typiques
Dans cet article, les effets toxiques affectant le TDB et le R.B.
Les espèces les plus problématiques sont les suivantes :
- Ammoniums quaternaires
Utilisés comme désinfectants, ils inhibent le métabolisme microbien. - Métaux lourds et aluminium.
Les métaux tels que Hg, Pb ou Cd sont hautement toxiques.
L’article se concentre particulièrement sur la toxicité de l’Al³⁺, qui provoque :- Inhibition de la croissance
- Dommages enzymatiques
- Perte de l’intégrité de la membrane
- Stress oxydatif (formation de ROS)
- Composés aromatiques volatils (COV).
Le benzène, le toluène, etc., affectent l’activité microbienne.
Effets sur les performances biologiques (B.R.)
Lorsque le système est inhibé :
- Les bactéries dépensent de l’énergie pour survivre
- Augmente la respiration d’entretien
- La lyse cellulaire est plus importante
- Une partie de la DCO est oxydée sans générer de biomasse.
- Moins de biomasse est générée
Lorsque l’inhibition disparaît :
- B.R. de retour à >0,3 (normal 0,4-0,6)
- Un métabolisme efficace
- Croissance stable
- Moins d’épisodes de gonflement ou de moussage
- Meilleure décantabilité
- Réduction de la perte de biomasse
Effets sur le taux de dégradation biologique (B.D.R.)
Avec inhibition :
- Réduction de l’activité microbienne
- La maintenance est prioritaire par rapport à la croissance
- Diminution de la consommation de DCO soluble en fonction du temps
- Risque de surcharge
Lorsque l’inhibition est levée :
- Réactivation enzymatique → augmentation du TDB
- Floculus bien formé
- Faible mortalité
- Réduction du stress métabolique
- Récupération de la nitrification
Niveau économique
Le traitement primaire déminéralisant présente des avantages évidents en termes d’OPEX :
- Réduction de la consommation de produits chimiques :
- Moins de coagulant
- Pas d’agent alcalinisant
- Moins de floculant
- Optimisation de la consommation d’oxygène
- Optimisation de l’utilisation des nutriments
- Réduction des boues → réduction des coûts de gestion
- Réduction du risque de sanctions
- Moins d’arrêts imprévus (bulking/foaming)
- Des rendements de biométhane plus élevés
- Les produits organiques ne sont pas corrosifs → durée de vie plus longue du système
